Техническая спецификация светодиода EL 2020 Cube Light - SMD корпус - Холодный белый - 50 лм при 140 мА - 3.0 В - Угол обзора 120°

1. Обзор продукта

EL 2020 Cube Light — это высокопроизводительный светодиод для поверхностного монтажа (SMD), разработанный для требовательных применений в автомобильном освещении. Этот компонент представляет собой компактное и надежное твердотельное осветительное решение, предлагающее баланс светового потока, эффективности и надежности, необходимый для современных автомобильных систем. Его основная философия проектирования сосредоточена на обеспечении стабильной работы в широком диапазоне температур и суровых условиях, типичных для автомобильной среды.

Светодиод предлагается с холодной белой цветовой температурой, предназначенной для применений, где требуется яркий, нейтральный или слегка голубоватый белый свет. Корпус разработан для автоматизированных процессов сборки, что облегчает крупносерийное производство. Ключевым преимуществом этого устройства является его соответствие требованиям стресс-тестов AEC-Q102 для дискретных оптоэлектронных полупроводников, что является отраслевым стандартом для автомобильных компонентов. Это гарантирует уровень надежности и долговечности, соответствующий или превышающий требования автопроизводителей.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Фотометрические и электрические характеристики

Основной фотометрической характеристикой является типичный световой поток в 50 люмен (лм) при прямом токе (I_F) 140 мА. Важно отметить указанный допуск измерения светового потока ±8%, который учитывает нормальные производственные вариации. Минимальное и максимальное значения в тех же условиях составляют 45 лм и 70 лм соответственно, определяя диапазон производительности.

Электрически устройство демонстрирует типичное прямое напряжение (V_F) 3.0 вольта при 140 мА, с диапазоном от 2.75 В до 3.5 В. Допуск измерения прямого напряжения указан как ±0.05В. Устройство имеет широкий рабочий диапазон прямого тока от минимума 10 мА до абсолютного максимального значения 250 мА. Оптическая производительность характеризуется широким углом обзора 120 градусов (с допуском ±5°), обеспечивая широкую, равномерную диаграмму направленности, подходящую для различных осветительных оптических систем.

2.2 Тепловые режимы и абсолютные максимальные параметры

Теплоотвод критически важен для производительности и срока службы светодиода. В спецификации указаны два значения теплового сопротивления: реальное тепловое сопротивление (R_{th JS real}) от перехода до точки пайки составляет типично 24 К/Вт (макс. 32 К/Вт), в то время как электрически измеренное значение (R_{th JS el}) составляет типично 17 К/Вт (макс. 23 К/Вт). Более низкое электрическое значение часто служит консервативным руководством для проектирования.

Абсолютные максимальные параметры определяют рабочие пределы, которые нельзя превышать во избежание необратимого повреждения. Ключевые параметры включают:

• Рассеиваемая мощность (P_d): 875 мВт
• Прямой ток (I_F): 250 мА (непрерывный)
• Импульсный ток (I_FM): 750 мА для импульсов ≤10 мкс при низком коэффициенте заполнения (D=0.005)
• Температура перехода (T_J): 150 °C
• Рабочая и температура хранения: -40 °C до +125 °C
• Чувствительность к ЭСР (HBM): 8 кВ
• Температура пайки оплавлением: пик 260°C максимум 30 секунд

Соблюдение этих пределов необходимо для надежной работы.

3. Объяснение системы бинирования

Для управления производственными вариациями и обеспечения точного проектирования систем светодиоды сортируются по бинам на основе ключевых параметров.

3.1 Бинирование по световому потоку

Световой поток классифицируется на три бина:

• F4:45 лм (Мин.) до 52 лм (Макс.)
• F5:52 лм (Мин.) до 60 лм (Макс.)
• F6:60 лм (Мин.) до 70 лм (Макс.)

Типичное значение 50 лм попадает в бин F4. Конструкторы должны выбирать соответствующий бин на основе требуемого светового потока для их применения.

3.2 Бинирование по прямому напряжению

Прямое напряжение также бинируется для помощи в проектировании схемы драйвера и управления питанием:

• 2730:2.75 В (Мин.) до 3.0 В (Макс.)
• 3032:3.0 В (Мин.) до 3.25 В (Макс.)
• 3235:3.25 В (Мин.) до 3.5 В (Макс.)

3.3 Бинирование по цвету (цветности)

Излучение холодного белого цвета определено в цветовом пространстве CIE 1931. В спецификации приведены угловые координаты для четырех различных бинов (63M, 61M, 58M, 56M), которые соответствуют диапазонам коррелированной цветовой температуры (CCT):

• 63M:~6100K до 6600K
• 61M:~5800K до 6300K
• 58M:~5600K до 6100K
• 56M:~5300K до 5800K

Графическое представление на диаграмме цветности CIE показывает эти бины в виде четырехугольников. Указанный допуск измерения для цветовых координат составляет ±0.005. Это бинирование обеспечивает цветовую согласованность между несколькими светодиодами в сборке.

4. Анализ характеристических кривых

4.1 ВАХ и относительный световой поток

График зависимости прямого тока от прямого напряжения показывает характерную экспоненциальную зависимость. В типичной рабочей точке 140 мА, V_Fсоставляет приблизительно 3.0В. Эта кривая необходима для проектирования схемы ограничения тока.

График зависимости относительного светового потока от прямого тока демонстрирует, что световой выход сублинеен по отношению к току. Хотя выход увеличивается с током, эффективность (люмен на ватт) обычно снижается при более высоких токах из-за повышения температуры перехода и других факторов. Кривая нормирована относительно потока при 140 мА.

4.2 Зависимость от температуры

Две важные кривые иллюстрируют изменение производительности в зависимости от температуры перехода (T_j).

• Относительный световой поток в зависимости от температуры перехода:Показывает, что световой выход уменьшается с ростом T_j. Эффективный теплоотвод имеет первостепенное значение для поддержания желаемой яркости.
• Относительное прямое напряжение в зависимости от температуры перехода:Демонстрирует, что V_Fимеет отрицательный температурный коэффициент, линейно уменьшаясь с ростом T_j. Это свойство иногда может использоваться для измерения температуры.
• Смещение цветности в зависимости от температуры перехода:Отображает изменение координат CIE x и y, показывая минимальное смещение в диапазоне температур, что важно для цветовой стабильности.

4.3 Спектральное распределение и диаграмма направленности

График относительного спектрального распределения отображает интенсивность в зависимости от длины волны от 400нм до 800нм. Он показывает пик в синей области (около 450-455нм) от основного излучения светодиодного кристалла, с более широким вторичным пиком в желтой области (около 550-600нм), генерируемым люминофорным покрытием, что в совокупности дает холодный белый свет.

Типичная диаграмма направленности визуально представляет угол обзора 120°, показывая угловое распределение силы света относительно осевой линии (0°).

4.4 Снижение номиналов и импульсные режимы

Кривая снижения номинала прямого тока является важным инструментом проектирования. Она отображает максимально допустимый непрерывный прямой ток в зависимости от температуры контактной площадки (T_S). По мере увеличения T_S, максимально допустимый ток должен быть уменьшен, чтобы предотвратить превышение T_J(макс.) 150°C. Например, при T_S125°C, максимальный I_Fсоставляет 250 мА.

График допустимой импульсной нагрузки определяет допустимый пиковый импульсный ток (I_FP) для заданной длительности импульса (t_p) и коэффициента заполнения (D), при температуре точки пайки 25°C. Это критически важно для применений, использующих импульсные схемы управления.

5. Механические данные, корпус и монтажная информация

5.1 Механические размеры

Спецификация включает подробный чертеж корпуса светодиода. Ключевые размеры (в миллиметрах) определяют площадь основания, высоту и положение выводов. Допуски обычно составляют ±0.1мм, если не указано иное. Чертеж необходим для проектирования посадочного места на печатной плате и обеспечения правильной установки в конечную сборку.

5.2 Рекомендуемая конфигурация контактных площадок для пайки

Отдельный чертеж предоставляет рекомендуемый рисунок медных контактных площадок на печатной плате для оптимальной пайки. Это включает размеры и расстояние между площадками для электрических выводов и тепловой площадки. Следование этой рекомендации обеспечивает хорошее формирование паяного соединения, правильный теплоперенос на печатную плату и механическую стабильность.

6. Рекомендации по пайке, сборке и обращению

6.1 Профиль оплавления припоя

Компонент рассчитан на максимальную пиковую температуру оплавления 260°C в течение 30 секунд. Следует использовать типичный профиль оплавления с контролируемыми фазами предварительного нагрева, выдержки, оплавления и охлаждения, чтобы минимизировать тепловой удар и обеспечить надежные паяные соединения без повреждения корпуса светодиода или внутренних материалов.

6.2 Меры предосторожности при использовании

Общие меры предосторожности при обращении включают избегание механических нагрузок на корпус, предотвращение загрязнения линзы и использование надлежащих средств защиты от ЭСР во время обращения и сборки, так как устройство рассчитано на 8кВ по модели HBM.

6.3 Чувствительность к влаге и хранение

Светодиод имеет уровень чувствительности к влаге (MSL) 2. Это означает, что корпус может находиться в условиях производственного цеха (≤30°C/60% относительной влажности) до одного года, прежде чем потребуется его просушка перед пайкой оплавлением. Для более длительного хранения или после вскрытия упаковки следует соблюдать конкретные процедуры просушки в соответствии со стандартами IPC/JEDEC, чтобы предотвратить "вспучивание" во время оплавления.

7. Соответствие экологическим нормам и надежность

Устройство соответствует директивам RoHS (Ограничение использования опасных веществ) и REACH. Оно также указано как не содержащее галогенов, с ограничениями по содержанию брома (Br) и хлора (Cl) (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

Важной особенностью надежности является его работа в средах, богатых серой. Устройство соответствует критериям серного теста класса A1, что указывает на высокую устойчивость к коррозии, вызванной атмосферной серой, что является общей проблемой в автомобильной и промышленной среде.

8. Примечания по применению и рекомендации по проектированию

8.1 Основное применение: автомобильное освещение

Основным целевым применением является автомобильное освещение. Возможные варианты использования включают внутреннее освещение (плафоны, картографические фонари, подсветка ног, фоновое освещение), внешние сигнальные огни (центральный стоп-сигнал - CHMSL) и, возможно, вспомогательное освещение. Квалификация AEC-Q102, широкий температурный диапазон и устойчивость к сере делают его подходящим для этих суровых условий.

8.2 Проектирование схемы драйвера

Конструкторы должны реализовать схему драйвера с постоянным током, а не источник постоянного напряжения, чтобы обеспечить стабильный световой выход и предотвратить тепловой разгон. Драйвер должен быть спроектирован с учетом диапазона бинов прямого напряжения. Теплоотвод не подлежит обсуждению; печатная плата должна обеспечивать адекватный тепловой путь от тепловой площадки светодиода к радиатору или медным слоям платы, чтобы поддерживать температуру перехода в безопасных пределах, особенно при работе на высоких токах или в условиях высокой температуры окружающей среды.

8.3 Оптическое проектирование

Угол обзора 120° обеспечивает гибкость. Для применений, требующих сфокусированного луча, потребуется вторичная оптика (рефлекторы, линзы). Широкий угол полезен для применений, требующих равномерного, рассеянного освещения площади.

9. Техническое сравнение и позиционирование

По сравнению со стандартными коммерческими светодиодами, ключевыми отличиями этого компонента являются его автомобильная квалификация (AEC-Q102), расширенный рабочий температурный диапазон (-40°C до +125°C) и специфическая устойчивость к серной коррозии. Эти особенности достигаются за счет более высокой стоимости, но являются обязательными для стандартов безопасности и надежности в автомобильной промышленности. На рынке автомобильных светодиодов его выходная мощность 50 лм при 140 мА позиционирует его как устройство средней мощности, подходящее для широкого спектра применений, выходящих за рамки простых индикаторных функций.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Какова типичная эффективность (люмен на ватт) этого светодиода?

О: В типичной рабочей точке (140 мА, 3.0 В, 50 лм) входная мощность составляет 0.42 Вт (140 мА * 3.0 В). Эффективность составляет приблизительно 119 лм/Вт (50 лм / 0.42 Вт).

В: Могу ли я питать этот светодиод напрямую от автомобильного аккумулятора 12В?

О: Нет. Светодиод требует драйвера постоянного тока. Подключение его напрямую к источнику 12В вызовет чрезмерный ток, что немедленно разрушит устройство. Требуется схема драйвера, которая регулирует ток до желаемого уровня (например, 140 мА).

В: Как интерпретировать два разных значения теплового сопротивления?

О: Используйте более высокое, "реальное" значение теплового сопротивления (R_{th JS real}тип. 24 К/Вт) для консервативных расчетов теплового проектирования. Электрическое значение получено из метода измерения и часто ниже.

В: Что означает MSL 2 для моего производственного процесса?

О: MSL 2 означает, что компоненты могут храниться в запечатанном влагозащитном пакете до 12 месяцев в контролируемых условиях (≤30°C/60% относительной влажности). После вскрытия пакета у вас обычно есть 1 неделя для завершения пайки оплавлением, прежде чем детали, возможно, потребуется просушить.

11. Пример проекта и использования

Сценарий: Проектирование автомобильного плафона внутреннего освещения.

Конструктору требуется яркий белый свет для сборки плафона. Он выбирает этот светодиод в бине светового потока F5 (52-60 лм) и цветовом бине 61M (~5800-6300K) для нейтрального белого вида. Он проектирует печатную плату с точно рекомендованной конфигурацией контактных площадок. Выбирается понижающая ИС драйвера постоянного тока для обеспечения 140 мА от 12В системы автомобиля. Проводится тепловой анализ с использованием кривой снижения номинала и теплового сопротивления: если тепловой менеджмент печатной платы поддерживает температуру контактной площадки ниже 85°C, светодиод может работать на полном номинальном токе 140 мА. Широкий угол обзора 120° идеально подходит для равномерного освещения салона без необходимости сложной вторичной оптики. Квалификация AEC-Q102 дает уверенность в долгосрочной надежности компонента для этого автомобильного применения.

12. Принцип работы

Это белый светодиод с люминофорным преобразованием. Основой является полупроводниковый кристалл, обычно из нитрида индия-галлия (InGaN), который излучает свет в синем спектре при прохождении через него электрического тока (электролюминесценция). Этот синий свет частично поглощается слоем люминофорного покрытия на основе иттрий-алюминиевого граната, легированного церием (YAG:Ce), нанесенного на кристалл или рядом с ним. Люминофор поглощает часть синих фотонов и переизлучает свет в более широком спектре, преимущественно в желтой области. Смесь оставшегося синего света и преобразованного желтого света воспринимается человеческим глазом как белый свет. Точное соотношение синего и желтого излучения, контролируемое составом и толщиной люминофора, определяет коррелированную цветовую температуру (CCT), что приводит к указанному выходу "холодного белого" света.

13. Технологические тренды

Общая тенденция в автомобильном светодиодном освещении направлена на повышение эффективности (больше люмен на ватт), увеличение плотности мощности и улучшение надежности. Также наблюдается стремление к более точному контролю цвета и более высокому индексу цветопередачи (CRI) для лучшего визуального восприятия. Интеграция — еще одна тенденция, при этом многокристальные корпуса и корпуса со встроенными драйверами или управляющими схемами становятся все более распространенными. Кроме того, все больше внимания уделяется интеллектуальным, адаптивным системам освещения, которые могут требовать светодиодов, способных к очень быстрому переключению или диммированию. Хотя эта спецификация описывает дискретный компонент с одним кристаллом, базовая технология продолжает развиваться, чтобы соответствовать этим требованиям для будущих автомобильных систем освещения, включая передовое головное освещение и динамическое сигнальное освещение.